CN104166119A - 一种基于错误注入的智能电能表程序稳定性检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于错误注入的智能电能表程序稳定性检测系统，该系统包括通过预留接口连接的程序测试模块与仿真模块，仿真模块与计算机软件通过网络连通。根据设定的检测方案计算机软件将预存的数据信息，写入仿真模块中，程序测试模块运行过程中可以随时从仿真模块中读取运行信息，完成对预定工况的模拟。通过观察智能电能表程序在预定工况下的响应情况，判断程序对异常情况的处理能力，评判程序的稳定性。本发明通过将电能表内部的各个模块用FPGA芯片仿真，可以模拟电能表可能出现的各种工况；通过计算机软件直接设定智能电能表中各模块的工作状态；用FPGA芯片仿真智能电能表中的各个模块，具有工作速度快，准确率高的特点。

Description

一种基于错误注入的智能电能表程序稳定性检测系统

技术领域

本发明涉及一种智能电能表程序稳定性检测系统，具体讲涉及一种基于错误注入的智能电能表程序稳定性检测系统。

背景技术

智能电网工程是电网建设最新成果的集中展示，包括智能变电站、配电自动化系统、电能质量监测、故障抢修管理系统、储能系统、新能源接入、用电信息采集系统、智能楼宇/家居、电动汽车充放电站等工程和智能电网调度技术支持系统展示、智能输电展示、信息平台展示、可视化展示工程。

作为智能电网智能终端的智能电表已经不是传统意义上的电能表，除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，还具有适应智能电网和新能源的使用的双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。随着智能电网的日益发展，世界各国对于智能化用户终端的需求也日益增大，有人估计，在未来5年，随着智能电网在世界各国的建设，智能电表在全球安装的数量将高达2亿只。同样，在中国，随着国家坚强智能电网建设的进展，作为用户端的智能电表的需求也会大幅度地增长，保守的预计，市场将会有1.7亿只左右的需求。美国政府为升级本国电网的拨款中，就有一部分专门用于在未来3年致使13％的美国家庭(1800万户家庭)能装上智能电表。在欧洲，意大利及瑞典已经完成先进计量基础设施的部署，将所有普通电表更换为智能电表。法国、西班牙、德国和英国预计在未来10年内完成也将完成智能电表的全面推广和应用。

智能电表的工作原理是，用户持IC卡到供电部门交款购电，供电部门用售电管理机将购电量写入IC卡中，用户持IC卡在感应区刷非接触式IC卡，即可合闸供电，供电后将卡拿走。当表内剩余电量等于报警电量时，拉闸断电报警(或蜂鸣器报警)，此时用户在感应区刷卡即可恢复供电；当剩余电量为零时，自动拉闸断电，用户必须再次持卡交费购电，才可以恢复用电。

智能电网的工程建设，日趋成熟的智能用电技术对智能电能表的性能提出了更高的要求，目前针对智能电能表的检测项目大多是通过设置外部环境来实现的，但是很多复杂的工况是无法通过外部环境模拟出来。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于错误注入的智能电能表程序稳定性检测系统，该系统通过FPGA的高速运算，模拟EEPROM、FLASH存储器、计量芯片、时钟芯片、ESAM模块等智能表接口电路。配备上位机检测软件，测试数据能够通过以太网上传计算机分析并能通过计算机发送相应检测指令，并且用模拟仿真的方式接入到装置中。通过各个模拟模块工作情况的变化模拟现场出现的各种工况，来检测电能表程序的稳定性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于错误注入的智能电能表程序稳定性检测系统，其改进之处在于，所述系统包括通过接口连接的程序测试模块与仿真模块；所述仿真模块与计算机通过网络连接。

进一步地，所述程序测试模块用于支持智能电能表程序的运行和显示，包括MCU模块和显示模块；所述MCU模块是程序的存储和运行区，用来存储智能电能表厂商的测试程序；所述显示模块能够显示智能电能表的运行状态和运行参数，所显示的运行状态和运行参数设置在计算机的检测软件中。

进一步地，所述程序测试模块在运行过程中实时从仿真模块中读取运行信息，完成对预定工况的模拟。

进一步地，所述仿真模块用于对智能电能表的组件进行模拟，辅助检测系统完成功能测试；所述仿真模块为可扩展的模块，包括数控电源模块，ESAM模块，时钟模块，继电器模块和存储模块。

进一步地，所述数控电源模块能够为检测系统中各个模块(各个模块指的是智能电能表程序测试模块与仿真模块以及两个模块中包括的小的功能模块)提供可控的工作电压，所述模块数控电源能够模拟以下情况：

①智能电能表程序测试模块与仿真模块在过压情况下的工作状态；

②智能电能表程序测试模块与仿真模块在欠压情况下的工作状态；

③智能电能表程序测试模块与仿真模块在电压缓慢升高情况下的工作状态；

④智能电能表程序测试模块与仿真模块在电压缓慢降低情况下的工作状态。

进一步地，所述ESAM模块能够响应与智能电能表安全相关的报文，该模块能够模拟以下异常情况：

1)智能电能表模块不响应MCU的通信；

2)智能电能表模块延时响应MCU的通信；

3)智能电能表模块回复相同的报文；

4)智能电能表模块回复错误长度的报文；

5)智能电能表模块回复错误格式的报文。

进一步地，所述时钟模块为智能电能表提供时间信息，该模块能够模拟以下情况：

(1)正确的时钟信息；

(2)时钟芯片复位后的时钟信息；

(3)错误格式的时钟信息；

(4)当前时间之前的错误时刻；

(5)当前时间之后的错误时刻；

(6)不回复；

(7)延迟回复。

进一步地，所述继电器模块能够模拟的以下工作状态:

<1>合闸状态；

<2>跳闸状态；

<3>错误的未知状态。

进一步地，所述存储模块是智能电能表运行信息的存储介质，该模块能够保存智能电能表运行过程中的运行信息和运行参数信息，该模块能够模拟以下状态：

1>正确回复；

2>错误信息的回复；

3>错误格式的回复；

4>不回复；

5>延迟回复。

进一步地，所述计算机安装有检测软件；所述检测系统与计算机的检测软件通过交换机连接；所述检测软件通过网络设置模拟智能电能表中每个模块的存储信息。

进一步地，所述仿真模块中的数控电源模块，ESAM模块，时钟模块，继电器模块和存储模块均由FPGA芯片模拟实现。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、本发明通过将电能表内部的各个模块用FPGA芯片仿真，可以模拟电能表可能出现的各种复杂工况；

2、本发明通过计算机软件直接设定智能电能表中各模块的工作状态；

3、本发明用FPGA芯片仿真智能电能表中的各个模块，具有工作速度快，准确率高的特点。

4、本发明使用直接修改各个模块的参数来模拟各种可能出现的工况；通过对存储芯片中的寄存器进行修改实现了对存储模块的仿真，能够模拟存储芯片使用过程中出现的各种问题。通过对计量芯片中初始化参数寄存器和计量结果寄存器进行修改实现了对计量模块的仿真，能够模拟计量芯片工作过程中出现的问题。

附图说明

图1是本发明提供的基于错误注入的智能电能表程序稳定性检测系统结构示意图；

图2是本发明提供的程序测试模块结构示意图；

图3是本发明提供的仿真模块结构示意图；

图4是本发明提供的检测系统网络结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明通过FPGA芯片模拟智能电能表工作的各个模块，通过计算机软件与各模块通信，控制各个模块的状态变换，从而实现了对智能电能表各种工况的测试。

图1为智能电能表程序稳定性检测装置的结构示意图，检测装置由程序测试模块和仿真模块两部分构成。程序测试模块与仿真模块直接通过预留的接口连接，仿真模块与计算机软件通过网络连通。根据设定的检测方案计算机软件将预存的数据信息，写入仿真模块中，程序测试模块运行过程中可以随时从仿真模块中读取运行信息，完成对预定工况的模拟。通过观察智能电能表程序在预定工况下的响应情况，判断程序对异常情况的的处理能力，评判程序的稳定性。

其中程序测试模块能够支持智能电能表程序的运行和显示，仿真模块能够对智能电能表的其他必须的组件进行模拟，辅助检测装置完成各项功能测试。

图2为程序测试模块的结构示意图，由MCU模块和显示模块两部分构成，MCU模块是程序的存储和运行区，用来存储电能表厂商的测试程序，显示模块能够显示智能电能表的运行状态和一些重要的运行参数，所显示的项目可以通过在测试程序中进行设置。

图3为仿真模块结构示意图，此模块是可扩展的，包括智能电能表运行过程中必不可少的模块，例如数控电源模块，ESAM模块，时钟模块，继电器模块和存储模块等，根据检测项目的增加此部分会增加新的模块，具有可扩展性。仿真模块中的数控电源模块，ESAM模块，时钟模块，继电器模块和存储模块均由FPGA芯片模拟实现。

其中，数控电源模块能够给检测装置中的各个模块提供可控的工作电压，该模块能够模拟以下情况：

①智能电能表各个模块在过压情况下的工作状态；

②智能电能表各个模块在欠压情况下的工作状态

③智能电能表各个模块在电压缓慢升高情况下的工作状态

④智能电能表各个模块在电压缓慢降低情况下的工作状态

ESAM模块能够响应智能电能表能安全相关的报文，够模拟以下异常情况：

1)模块不响应MCU的通信；

2)模块延时响应MCU的通信

3)模块回复相同的报文；

4)模块回复错误长度的报文；

5)模块回复错误格式的报文。

时钟模块为智能电能表提供时间信息，该模块能够模拟以下情况：

(1)正确的时钟信息；

(2)时钟芯片复位后的时钟信息；

(3)错误格式的时钟信息；

(4)当前时间之前的错误时刻；

(5)当前时间之后的错误时刻；

(6)不回复；

(7)延迟回复。

继电器模块能够模拟的以下工作状态:

<1>合闸状态

<2>跳闸状态

<3>错误的未知状态

存储模块是电能表运行信息的存储介质，该模块能够保存电能表运行过程中的运行信息和参数信息，该模块能够模拟以下状态：

1>正确回复；

2>错误信息的回复；

3>错误格式的回复；

4>不回复；

5>延迟回复。

图4为检测装置网络结构示意图，检测装置与计算机软件通过交换机连接，计算机内部安装有检测软件。检测软件通过网络设置模拟智能电能表中每个模块的存储信息。

本发明通过高速运行的FPGA芯片模拟智能电能表内部的各个模块，可以对智能电能表工作过程中的任何故障进行仿真，通过记录MCU对工况的处理方式和响应速度，来评价程序的稳定性，解决了现有技术中智能电能表复杂工况无法通过外部环境模拟出来的问题。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于错误注入的智能电能表程序稳定性检测系统，其特征在于，所述系统包括通过接口连接的程序测试模块与仿真模块；所述仿真模块与计算机通过网络连接。

2.如权利要求1所述的智能电能表程序稳定性检测系统，其特征在于，所述程序测试模块用于支持智能电能表程序的运行和显示，包括MCU模块和显示模块；所述MCU模块是程序的存储和运行区，用来存储智能电能表厂商的测试程序；所述显示模块能够显示智能电能表的运行状态和运行参数，所显示的运行状态和运行参数设置在计算机的检测软件中。

3.如权利要求2所述的智能电能表程序稳定性检测系统，其特征在于，所述程序测试模块在运行过程中实时从仿真模块中读取运行信息，完成对预定工况的模拟。

4.如权利要求1所述的智能电能表程序稳定性检测系统，其特征在于，所述仿真模块用于对智能电能表的组件进行模拟，辅助检测系统完成功能测试；所述仿真模块为可扩展的模块，包括数控电源模块，ESAM模块，时钟模块，继电器模块和存储模块。

5.如权利要求4所述的智能电能表程序稳定性检测系统，其特征在于，所述数控电源模块能够为检测系统中各个模块提供可控的工作电压，所述模块数控电源能够模拟以下情况：

①智能电能表程序测试模块与仿真模块在过压情况下的工作状态；

②智能电能表程序测试模块与仿真模块在欠压情况下的工作状态；

③智能电能表程序测试模块与仿真模块在电压缓慢升高情况下的工作状态；

④智能电能表程序测试模块与仿真模块在电压缓慢降低情况下的工作状态。

6.如权利要求4所述的智能电能表程序稳定性检测系统，其特征在于，所述ESAM模块能够响应与智能电能表安全相关的报文，该模块能够模拟以下异常情况：

1)智能电能表模块不响应MCU的通信；

2)智能电能表模块延时响应MCU的通信；

3)智能电能表模块回复相同的报文；

4)智能电能表模块回复错误长度的报文；

5)智能电能表模块回复错误格式的报文。

7.如权利要求4所述的智能电能表程序稳定性检测系统，其特征在于，所述时钟模块为智能电能表提供时间信息，该模块能够模拟以下情况：

(1)正确的时钟信息；

(2)时钟芯片复位后的时钟信息；

(3)错误格式的时钟信息；

(4)当前时间之前的错误时刻；

(5)当前时间之后的错误时刻；

(6)不回复；

(7)延迟回复。

8.如权利要求4所述的智能电能表程序稳定性检测系统，其特征在于，所述继电器模块能够模拟的以下工作状态:

<1>合闸状态；

<2>跳闸状态；

<3>错误的未知状态。

9.如权利要求4所述的智能电能表程序稳定性检测系统，其特征在于，所述存储模块是智能电能表运行信息的存储介质，该模块能够保存智能电能表运行过程中的运行信息和运行参数信息，该模块能够模拟以下状态：

1>正确回复；

2>错误信息的回复；

3>错误格式的回复；

4>不回复；

5>延迟回复。

10.如权利要求1所述的智能电能表程序稳定性检测系统，其特征在于，所述计算机安装有检测软件；所述检测系统与计算机的检测软件通过交换机连接；所述检测软件通过网络设置模拟智能电能表中每个模块的存储信息。

11.如权利要求1所述的智能电能表程序稳定性检测系统，其特征在于，所述仿真模块中的数控电源模块，ESAM模块，时钟模块，继电器模块和存储模块均由FPGA芯片模拟实现。